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1、本科生课程论文远隔控制激光在汽车工业的应用课程名称先进制造技术姓名学号专业机械制造及自动化任课教师开课时间2009.03教师评阅意见：论文成绩评阅日期课程论文提交时间：2010年4月30日远隔控制激光在汽车工业的应用华侨大学机电学院机制2班摘要：由于激光具有极高能量密度和超高加工速度等特殊的加工特性，近年来受到世人的注目。特别是远隔控制激光—机器人加工系统的超高加工效率，倍受青睐。就当前激光加工领域最先端的“远隔控制激光—机器人加工系统在汽车制造业的应用及发展前景”进行了综述。远隔控制激光加工头是通过程序控制反
2、射镜和聚焦镜的位置，以实现任意形状的加工。试验结果表明，实际加工速度可达500m／min，并实现小于等于0．1mm以下的轨迹加工精度。关键词：普通反射镜振动反射镜光纤激光圆片激光远隔控制激光－机器人加工系统概述：为了满足汽车及铁道车辆等结构高速焊接的需要，作为电弧焊、电阻焊的替代方法而诞生了激光焊接、激光－电弧复合焊接和远隔控制激光－机器人加工(焊接)系统等焊接方法。德国的一家汽车制造公司在2003年采用相同的投资和工作量以3台LP－Nd∶YAG激光－机器人焊接系统取代了9台电阻点焊机器人系统。现在更增加了1台
3、远隔控制圆片激光－机器人加工系统从事着同样的工作量，其投资成本仅为原来一半。现在，激光焊接在汽车制造及船舶制造等行业受到越来越多的关注，激光焊接的发展应用越来越多。激光焊接技术的发展历经了固体受激物质→气体受激物质→固体受激物质、脉冲激光焊接→连续激光焊接、低功率→高功率、薄板→厚件、低速→高速、低频→高频及低效→高效的历史。20世纪70年代主要用于焊接薄壁材料和低速焊接,焊接过程属于热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔
4、化,形成特定的熔池。由于激光焊接作为1种高质量、高精度、低变形、高效率和高速度的焊接方法,随着高功率CO2和高功率的YAG激光器以及光纤传输技术的完善、金属钼焊接聚束物镜等的研制成功,使其在机械制造、航空航天、汽车工业、造船工业、粉末冶金、生物医学、微电子行业等领域的应用越来越广。激光焊接的优点：①采用激光焊接可以获得高质量的接头强度和较大的深宽比,且焊接速度比较快。②由于激光焊接不需真空环境,因此通过透镜及光纤,可以实现远程控制与自动化生产。③激光具有较大的功率密度,对难焊材料如钛、石英等有较好的焊接效果并能
5、对不同性能材料施焊。激光焊接的不足:①激光器及焊接系统各配件的价格较为昂贵,因此初期投资及维护成本比传统焊接工艺高,经济效益较差。②由于固体材料对激光的吸收率较低,特别是在出现等离子体后,因此激光焊接的转化效率普遍较低(通常为5%~30%)。③由于激光焊接的聚焦光斑较小,对工件接头的装备精度要求较高,很小的装备偏差就会产生较大的加工误差。远隔控制激光系统在汽车制造业中的应用现状：在汽车制造业中，远隔控制激光加工系统的研制开发更加受到世人的关注，并正在逐步地转变成产业化。在远隔控制激光加工系统的研制开发中，所使用
6、的激光光源主要有CO2激光、YAG激光、圆片激光(Disclaser)和光纤激光等。CO2激光由于光波较长而不能使用光纤传导，所以较难与焊接机器人搭载，难以构成CO2激光的远隔控制激光－机器加工系统。而其他三种激光光源，在一般情况下都能与机器人搭载而构成远隔控制激光加工系统，实现超高效率的加工作业。远隔控制激光－机器人加工系统主要是由远隔控制激光系统、机器人、激光发振器和传导光纤等组成。机器人搭载远隔控制激光头的加工作业即在机器人移动的路线上，远隔控制激光焊接系统进行可控范围的超高速加工。远隔控制激光－机器人加
7、工系统的特点有：(1)超高速、非接触和无间断的连续焊接；(2)超高的加速度；(3)在狭窄部位加工；(4)瞬间实现多点焊接，容易实现焊接顺序的最佳化，焊接变形小；(5)输入热量小，焊接应力小；(6)灵活多变等。下面介绍目前最受关注的使用普通反射镜(reflectingmirror)或者使用振动反射镜(Galvo－mirror)的远隔控制激光－机器人加工系统的现状及未来发展方向。普通反射镜的远隔控制激光－机器人加工系统：普通反射镜的远隔控制激光焊接系统由直线电机驱动聚光镜按照箭头方向前后移动，焊接过程中调节激光束焦
8、点的距离以保证焊接过程中焦点位置的正确性。普通反射镜在x轴和y轴驱动电机的作用下实现激光焦点的运动程序，实现任意形状的焊接加工。远隔控制激光焊接系统的主要技术参数有：(1)加工范围200mm×200mm(2)聚焦镜的焦点距离600mm(3)反射镜的最大偏转角度±15°(4)加工轨迹精度±0．1mm(5)最大距离移动时间小于等于0．15s(6)最高移动速度500m／min。使用振动反射镜
